محركات بدون فرش: 7 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

هذا الدليل عبارة عن دليل / نظرة عامة على تكنولوجيا المحركات وراء المحركات الرباعية المتحمسة الحديثة. فقط لتظهر لك ما تستطيع المروحيات الرباعية القيام به ، شاهد هذا الفيديو المذهل. (شاهد الحجم. يصبح مرتفعًا جدًا) كل الفضل يعود إلى الناشر الأصلي للفيديو.

الخطوة 1: المصطلحات

عادة ما يتم وصف معظم المحركات بدون فرش بمجموعتين من الأرقام ؛ مثل: هايبرلايت 2207-1922 ك.ف. تشير المجموعة الأولى من الأرقام إلى حجم الجزء الثابت للمحرك بالمليمترات. يبلغ عرض الجزء الثابت للمحرك المحدد 22 مم وطوله 7 مم. استخدمت DJI Phantoms القديمة 2212 محركًا. عادة ما تتبع أبعاد الجزء الثابت الاتجاه:

يسمح الجزء الثابت الأطول بأداء أعلى (نطاقات RPM أعلى)

يسمح الجزء الثابت الأوسع بأداء نهاية منخفض أقوى (نطاقات RPM منخفضة)

المجموعة الثانية من الأرقام هي تصنيف KV للمحرك. تصنيف KV للمحرك هو ثابت السرعة لذلك المحرك المحدد ، مما يعني بشكل أساسي أن المحرك سيخلق EMF خلفيًا بمقدار 1 فولت عندما يتم تدوير المحرك عند ذلك RPM أو سوف يدور عند تفريغ RPM من KV عند تطبيق 1V. على سبيل المثال: هذا المحرك المقترن بـ 4S ليبو سيكون لديه RPM نظريًا يبلغ 1922 × 14.8 = 28 ، 446 دورة في الدقيقة

في الواقع ، قد لا يصل المحرك إلى هذه السرعة النظرية نظرًا لوجود خسائر ميكانيكية غير خطية وفقد قدرة مقاومة.

الخطوة الثانية: الأساسيات

يطور المحرك الكهربائي عزم الدوران عن طريق تبديل قطبية المغناطيسات الكهربائية الدوارة المتصلة بالدوار ، والجزء الدوار من الماكينة ، والمغناطيسات الثابتة على الجزء الثابت الذي يحيط بالدوار. واحدة أو كلتا مجموعتي المغناطيسات عبارة عن مغناطيسات كهربائية ، مصنوعة من لفائف من الأسلاك ملفوفة حول قلب مغناطيسي حديدي. الكهرباء التي تمر عبر لف السلك تخلق المجال المغناطيسي ، مما يوفر الطاقة التي تدير المحرك.

يخبرك رقم التكوين بعدد المغناطيسات الكهربائية الموجودة على الجزء الثابت ، وعدد المغناطيسات الدائمة الموجودة على الدوار. يوضح الرقم الموجود قبل الحرف N عدد المغناطيسات الكهربائية الموجودة في الجزء الثابت. يوضح الرقم الموجود قبل P عدد المغناطيسات الدائمة الموجودة في الدوار. تتبع معظم المحركات التي تعمل بدون فرش تكوين 12N14P.

الخطوة الثالثة: وحدة التحكم الإلكترونية في السرعة

ESC هو الجهاز الذي يحول التيار الكهربائي المستمر من البطارية إلى التيار المتردد. يأخذ أيضًا إدخال البيانات من وحدة التحكم في الطيران لتعديل سرعة المحرك وقوته. هناك عدة بروتوكولات لهذا الاتصال. التناظرية الأساسية هي: PWM و Oneshot 125 و Oneshot 42 و Multishot. لكن هذه المروحيات أصبحت قديمة بالنسبة للمروحيات الرباعية مع وصول بروتوكولات رقمية جديدة تسمى Dshot. لا يحتوي على أي من مشكلات معايرة البروتوكولات التناظرية. نظرًا لوجود بتات رقمية يتم إرسالها كمعلومات ، فإن الإشارة لا تتعطل عن طريق الحقول المغناطيسية المتغيرة وارتفاعات الجهد على عكس نظيرتها. Dhsot ليس أسرع بشكل ملحوظ من Multishot حتى DShot 1200 و 2400 ، والتي يمكن تشغيلها فقط على عدد قليل من ESCs في هذه المرحلة. تتمثل الفوائد الحقيقية لـ Dshot في المقام الأول في قدرة الاتصال ثنائية الاتجاه ، لا سيما القدرة على إرسال بيانات الغرفة مرة أخرى إلى FC لاستخدامها في ضبط المرشحات الديناميكية والقدرة على القيام بأشياء مثل وضع السلحفاة (عكس ESCs مؤقتًا لقلب الرباعي إذا كانت عالقة رأسًا على عقب). يتكون ESC بشكل أساسي من 6 فسيفساء ، 2 لكل مرحلة من مراحل المحرك وجهاز تحكم دقيق. يتناوب mosfet بشكل أساسي بين عكس القطبية عند تردد معين لتنظيم RPM للمحرك. تتمتع ESC بتصنيف حالي لأن هذا هو الحد الأقصى للتيار الكهربائي الذي يمكن أن يتحمله ESC لفترات طويلة من الوقت.

الخطوة 4: الكفاءة

(حبلا متعدد الخيوط: محرك أرجواني مفرد: محرك برتقالي)

الأسلاك:

يمكن للأسلاك المتعددة الجديلة أن تحزم حجمًا أكبر من النحاس في منطقة معينة مقارنة بسلك سميك واحد ملفوف حول الجزء الثابت ، لذا فإن قوة المجال المغناطيسي أقوى قليلاً ولكن سحب الطاقة الإجمالي للمحرك محدود بسبب الأسلاك الرقيقة (بالنظر إلى أن تم تصنيع محرك متعدد الشرائط دون أي تقاطع للأسلاك وهو أمر غير مرجح للغاية بسبب جودة التصنيع). يمكن أن يحمل السلك السميك مزيدًا من التيار ويحافظ على إنتاج طاقة أعلى مقارنةً بمحرك متعدد الأشرطة مصمم بشكل متساوٍ. من الصعب بناء محرك متعدد السلاسل تم إنشاؤه بشكل صحيح ، وبالتالي فإن معظم المحركات عالية الجودة مبنية بحبل واحد من الأسلاك (لكل مرحلة). يمكن التغلب بسهولة على المزايا الصغيرة للأسلاك متعددة الأشرطة من خلال التصنيع والتصميم المتوسط ، ناهيك عن وجود مساحة أكبر بكثير للحوادث إذا كان أي من الأسلاك الرقيقة تسخن أو ماس كهربائى. لا توجد أي مشكلة من هذه المشاكل في الأسلاك ذات الضفيرة المفردة نظرًا لأن لها حدًا أعلى بكثير للتيار وحد أدنى من نقاط الدائرة القصيرة. لذلك ، من أجل الموثوقية والاتساق والكفاءة ، فإن اللفات ذات الجدائل المفردة هي الأفضل لمحركات كوادكوبتر بدون فرش.

ملاحظة. أحد الأسباب التي تجعل الأسلاك المتعددة الجديلة أسوأ بالنسبة لبعض المحركات المحددة هو تأثير الجلد. تأثير الجلد هو ميل التيار الكهربائي المتناوب إلى التوزيع داخل الموصل بحيث تكون كثافة التيار أكبر بالقرب من سطح الموصل ، وتنخفض مع زيادة الأعماق في الموصل. يختلف عمق تأثير الجلد باختلاف التردد. عند الترددات العالية ، يصبح عمق الجلد أصغر بكثير. (للأغراض الصناعية ، يتم استخدام سلك litz لمواجهة مقاومة التيار المتردد المتزايدة بسبب تأثير الجلد وتوفير المال) يمكن أن يتسبب هذا التأثير الجلدي في قفز الإلكترونات عبر الأسلاك داخل كل مجموعة ملف مما يؤدي إلى تقصيرها بشكل فعال مع بعضها البعض. يحدث هذا التأثير عادةً عندما يكون المحرك رطبًا أو يستخدم ترددات عالية تزيد عن 60 هرتز. يمكن أن يتسبب تأثير الجلد في تيارات دوامة والتي بدورها تخلق بقعًا ساخنة داخل الملف. هذا هو السبب في أن استخدام سلك أصغر ليس مثاليًا.

درجة حرارة:

مغناطيس النيوديميوم الدائم المستخدم في المحركات بدون فرش قوي جدًا ، وعادة ما يتراوح من N48-N52 من حيث القوة المغناطيسية (الأعلى هو الأقوى N52 هو الأقوى على حد علمي). يفقد مغناطيس النيوديميوم من النوع N جزءًا من مغنطته بشكل دائم عند درجة حرارة 80 درجة مئوية. المغناطيس مع مغنطة N52 لها درجة حرارة تشغيل قصوى تبلغ 65 درجة مئوية. لا يضر التبريد القوي بمغناطيس النيوديميوم. يوصى بعدم زيادة سخونة المحركات أبدًا لأن المادة العازلة للمينا الموجودة على اللفات النحاسية لها أيضًا حد لدرجة الحرارة وإذا ذابت ، فقد يتسبب ذلك في حدوث ماس كهربائي يحرق المحرك أو أسوأ من ذلك ، أنت المتحكم في الرحلة. القاعدة الأساسية الجيدة هي أنه إذا لم تتمكن من التمسك بالمحرك لفترة طويلة جدًا من الوقت بعد رحلة قصيرة مدتها دقيقة أو دقيقتان ، فمن المحتمل أنك ترتفع درجة حرارة المحرك ولن يكون هذا الإعداد قابلاً للتطبيق للاستخدام الممتد.

الخطوة 5: عزم الدوران

مثلما يوجد ثابت سرعة المحرك ، هناك ثابت عزم الدوران. توضح لك الصورة أعلاه العلاقة بين ثابت عزم الدوران وثابت السرعة. لإيجاد عزم الدوران ، ما عليك سوى ضرب ثابت عزم الدوران بالتيار. الشيء المثير للاهتمام حول عزم الدوران في المحركات الخالية من الفرش هو أنه بسبب الخسائر المقاومة للدائرة الكهربائية بين البطارية والمحرك ، فإن العلاقة بين عزم الدوران و KV للمحرك ليست مرتبطة بشكل مباشر كما تقترح المعادلة. توضح الصورة المرفقة العلاقة الفعلية بين عزم الدوران و KV عند عدد دورات مختلفة في الدقيقة. نظرًا للمقاومة المضافة للدائرة بأكملها ، فإن النسبة المئوية للتغير في المقاومة لا تعادل النسبة المئوية للتغير في KV وبالتالي فإن العلاقة لها منحنى غريب. نظرًا لأن التغييرات ليست متناسبة ، فإن البديل KV الأدنى للمحرك لديه دائمًا المزيد من عزم الدوران حتى ارتفاع معين في عدد الدورات في الدقيقة حيث تتولى حيز الرأس RPM لمحرك KV العالي القوة وتنتج المزيد من عزم الدوران.

بناءً على المعادلة ، يغير KV فقط التيار الذي يستغرقه لإنتاج عزم الدوران ، أو عكسيًا ، مقدار عزم الدوران الناتج عن كمية معينة من التيار. إن قدرة المحرك على إنتاج عزم الدوران فعليًا هي عامل من عوامل مثل قوة المغناطيس ، والفجوة الهوائية ، ومنطقة المقطع العرضي لللفات. نظرًا لأن RPMs تزيد من الارتفاعات الحالية بشكل كبير بسبب العلاقة غير الخطية بين الطاقة و RPMs.

الخطوة 6: ميزات إضافية

جرس المحرك هو جزء المحرك الذي سيتعرض لأكبر قدر من الضرر في المركبة ، لذلك من الضروري أن يكون مصنوعًا من أفضل المواد لهذا الغرض. تصنع معظم المحركات الصينية الرخيصة من 6061 الألومنيوم التي تتشوه بسهولة في حالة حدوث تصادم شديد ، لذا ابتعد عن الأسفلت أثناء الطيران. يستخدم الجانب الأكثر تميزًا من المحركات 7075 من الألومنيوم الذي يوفر قدرًا أكبر من المتانة وعمر أطول.

الاتجاه الحديث في المحركات الرباعية هو أن يكون لها عمود مجوف من التيتانيوم أو الصلب لأنه أخف من العمود الصلب وله قوة هيكلية كبيرة. بالمقارنة مع العمود الصلب ، يكون العمود المجوف ذو وزن أقل ، لطول وقطر معينين. علاوة على ذلك ، من الجيد المضي قدمًا في استخدام الأعمدة المجوفة ، إذا كان تركيزنا على تقليل الوزن وخفض التكاليف. تعتبر الأعمدة المجوفة أفضل بكثير لتحمل الأحمال الالتوائية مقارنة بالأعمدة الصلبة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن عمود التيتانيوم لن ينزع بسهولة مثل عمود الصلب أو الألومنيوم. يمكن أن يكون الفولاذ المتصلب في الواقع أفضل من حيث القوة الوظيفية من بعض سبائك التيتانيوم المستخدمة بشكل شائع في هذه الأعمدة المجوفة. يعتمد الأمر حقًا على السبائك المحددة التي تتم مناقشتها وتقنية التصلب المستخدمة. بافتراض أفضل حالة لكلا المادتين ، سيكون التيتانيوم أخف وزناً ، ولكنه أكثر هشاشة قليلاً ، وسيكون الفولاذ المتصلب أكثر صلابة ولكنه خفيف أنا أثقل.

الخطوة 7: المراجع / الموارد

للحصول على اختبار مفصل للغاية ونظرة عامة على محركات كوادكوبتر محددة ، تحقق من موقع EngineerX على YouTube. يقوم بنشر إحصائيات مفصلة واختبارات مقاعد البدلاء المحركات بمراوح مختلفة.

للحصول على نظريات مثيرة للاهتمام ومعلومات إضافية أخرى حول عالم سباقات FPV / حرة ، شاهد KababFPV. إنه أحد أعظم الأشخاص الذين يستمعون إليهم من أجل مناقشة تعليمية وبديهية حول تكنولوجيا كوادكوبتر.

www.youtube.com/channel/UC4yjtLpqFmlVncUFE…

استمتع بهذه الصورة.

شكرا لزيارتك.